Конструкторская группа Владимира Михайловича Мясищева в конце тридцатых годов разработала проект высотного бомбардировщика. В опытном самолёте предполагалось проверить ряд новых элементов в компоновке, оборудовании и вооружении. Проект был одобрен. На одном из заводов в 1940 году начали строить опытный экземпляр самолёта. Перебазирование предприятия летом 1941 года задержало сборку машины. Самолёт, получивший название ДВБ-102 (дальний высотный бомбардировщик), был готов к лётным испытаниям лишь весной 1942 года.

По схеме ДВБ-102 представлял собой моноплан с высоко расположенным крылом и двухкилевым оперением. Конструкция цельнометаллическая. Фюзеляж типа полумонокок диаметром 1,6 м имел бомбовый отсек длиной 7 м, створки которого убирались внутрь. Впервые в мире (раньше, чем на американском В-29) на самолёте были оборудованы две герметические кабины: носовая — для лётчика и штурмана, задняя — для двух стрелков.

Тонкое крыло бомбардировщика площадью 78,8 м2 имело удлинение 8,2. Его средняя хорда — 3,09 м. Центроплан — трехлонжеронный, консоли — двухлонжеронные. В них были встроены баки-кессоны. Обшивка всюду несущая, толщиной до 3 мм с усилительным гофром. Шасси — трехопорное. Основные колеса убирались в гондолы двигателей, переднее — в фюзеляж. Три пушки ШВАК, четыре крупнокалиберных пулемёта БС и один ШКАС обеспечивали бомбардировщику хорошую защиту от истребителей.

В ходе лётных испытаний опытные двигатели М-120 мощностью по 2500 л.с., под которые рассчитывался самолёт, были заменены двигателями АШ-71Ф по 2200 л.с., также снабженные турбокомпрессорами. Полеты выполнялись с различной бомбовой нагрузкой (2 и 3 т) с нормальным и максимальным запасом топлива (до 3,8 т).

С двумя двигателями АШ-71Ф с четырехлопастными винтами скорость ДВБ у земли достигала 445 км/час, на высоте 9,5 км — до 565 км/час. Лётчики Ф. Опадчий и И. Квитко набирали на бомбардировщике высоту 11,5 км. Разбег при нормальном взлётном весе в 15,5 т не превышал 640 м, при максимальном (17,8 т) — 750 м.